Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние гамма-облучения на структурно-функциональные характеристики митохондриального генома хлопчатника

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние гамма-облучения на структурно-функциональные характеристики митохондриального генома хлопчатника"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «БИОЛОГ» - „ - ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

рг б ум

" 1 ■■<■41 1 ■>"■ На правах рукописи

ГАМАЛЬ МОХАМЕД ИБРАГИМ МОХАМЕД ЭЛЬ МЕТАБТЕБ

УДК 577.113:476.31.347:633.51

влияние гамма-облучения на структурно-функциональные характеристики митохондриального генома хлопчатника

(03.00.04 — биологическая химия) (03.00.01 — радиобиология)

А ВТО Р ЕФ ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ТАШКЕНТ — 1995

Работа выполнена в лаборатории молекулярной генетики хлопчатника Института экспериментальной биологии растений НПО «Биолог» АН РУз, кафедре физиологии растений и биохимии Ташкентского Ордена Дружбы народов Государственного аграрного университета Министерства сельского хозяйства РУз.

Научные руководители: чл.-корреспондент АН РУз, Заслуженный деятель науки РУз, доктор биологических наук, профессор ИБРАГИМОВ А. П.,

Лауреат Гос. премии им. А. Беру-ни, доктор биологических наук, профессор ХАЛ И КО В С. К.

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук

ДЖАНИКУЛОВ Ф.,

Кандидат биологических паук УСМАНОВ К.

Ведущее учреждение: Институт селекции и семеноводства

хлопчатника им. Зайцева УзАСХН.

Защита состоится «Л.%» ■ '995 г. в .3. часов на

заседании Специализированного совета по присуждению ученой степени доктора биологических наук в Институте экспериментальной биологии растений АН РУз (Д.015.70.21) по адресу: 700143, г. Ташкент, ул. Ф. Ходжаева, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНЭБР НПО «Биолог» АН РУз.

Автореферат разослан « и. » .лМ&НЬ. 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор биологических наук

Ф. Р. НУРИТДИНОСД

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАКШ

^?У§?ьндстьлроблеш. Исследование структурной организации геномов высших растений и выяснение механизма их функционирования при воздействии радиации на сегодняшний день является одной из фундаментальных проблем современной биохимии и радиобиологии. Актуальность проведения таких исследований в значительной мере определяется тем» что хлоропяасты и митохондрии.помимо своей основной функции - обеспечения клетки энергией, ответственны за целый ряд экономически вакнызс характеристик: устойчивость к различным стрессовым факторам, патотоксинам, гербицидам, пестицида!!, общую продуктивность эукаристических организмов» адаптационную изменчивость, цитоплазыатичоскую мулскуя стерильность» Таким образом, исследования в этой области приобретают не только теоретическое, но и прикрадное значение.

Такяо пироко изучается влияние различных экстремальных факторов на структурно-функциональные свойства генетического и бе~ локсинтезируюцего аппаратов хлороплаетов и митохондрий высших растений. В современной концепции биологического действия ионизирующих излучений основная роль отводится поражаемостй уникальных структур клеток и, в первуи очередь, ее генетического аппарата (Кузин,1973^ Ромш1цев,1974; Гродзинский,1976; Назыров,1977; Ибраггагаи,1976; Эгшлбердиев,1962).

В настоящее вреш в селекционной практике широко применяют ионизирующую радиацию и химические нутагеш с целью получения новых продуктивных и высококачественных форм'й сортов растении. Шогнз общие проблемы радиационного генетики, такие как первнчш-Л эффект и механизм действия мутагенных факторов» Молекулярное строение генетического материала, проблемы действия гена и другие, наиболез успешно решаются на субклеточном уровне. При этом экспериментальное получение мутации является одним из основннк Средств изучения эффекта радиационного явления. Сознигаювонк-з генетических мутаций вызывает специфические изменения в цитоплазме и иногда превращает нормальную цитоплазму в стерильную« Однако вопрос локализации этих детерминантов в цитоплазма недостаточно изучен.

Имеющиеся в литературе данныэ подтверадаат, ото реакцад на облучение у растений особенно четко проявляется э процессах эизр-гетического обмена митохондрий.

Пострадиационные изменения структурно-функционального состояния митохондрий и дыхательной систеш неразрывно связаны с изменением активности его генетического и белоксинтезирующзго аппаратов. В связи с этим, особый интерес представляет изучение в сравнительном аспекте физико-химических свойств и ыолекулярно-генотических особенностей штохондриальной ДОК радиомутантов хлопчатника и их исходных форм, чему и посвящается данная исследовательская работа. Аналогичные работы по этим проблемам в литературе практически отсутствуют.

Цель, н .задачи исследования.. Целью данного исследования являлось выяснение пострадиационного состояния митохондриапьного генома и некоторых компонентов его белоксинтезирующей систеш двух видов хлопчатника ((л- ¡пу^цЫт и. Ю8-Ф; Сч.ЫгЫХск*тЬ.С-б037) при различных дозах гамма-облучения.

Исходя из поставленной цели были'сформулированы следующие задачи: /

- есхокость, прорастание семян ;; рост} начальные фазы онтогенеза хлопчатника} ..

- действие различных доз радиации на■рост, развитие и урожайность хлопчатника;

- влияние гамыа~облучения на содержание и биосинтез нуклеиновых кислот в митохондриях хлопчатника}

. - действие гамма-облучения на нуклеотидный состав и частоту встречаемости пиримидиновых изоплит Й1К митохондрий хлопчатника;

- влияние гамма-облучения на характер распределения млтохонд-риальной ДИС в градиенте плотности хлористого цезия}

- изучение гомологичных последовательностей нуклеотвдов в митохондрИольной ДЦН* облученных гамма-радиацией растений хлопчатника.

Впервые изучены пострадиационные восстановления структуры нуклеиновых кислот и функциональной активности мнторибосом и полисом двух видов хлопчатника при различных дозах облучения. Установлено, что плодоношение и количество пло-доэлемзнтов а опытных вариациях значительно отстают от контрольных растений. Обнаружена прямая и обратная корреляция мовду дозой радиации и изменением содержания отдельных нуклеотвдов ДНК и рРШ. Установлено, что а ДМ митохондриях, облученных 250 и Б00 гр кромэ основных полос имазт по одной дополнительной полосе

с плавучей плотностью 1,710 г/сш-\ дозах 750« Ю00гр эти полосы исчезают.

Наиболее гетерогенная популяция митохондриальной fílK вида (S-bftvbadense L. била обнаружена в опытах при облучении 760 и 1000 гр„ При этом обнаружено три ¡эшорных компонента, инеюирпс плавучую плотность 1г69й; 1,697 а 1,710 г/ск3. ¡¿зтодом молекулярной гибридизации установлено, что с увеличением дозы облучения уменьшается степень гомологичное?» ¿iHK» Начиная с дозц облучении ¡ЗООгр постепенно снижается количество рРНК, вместо с тем увеличивается содержание белка. При доза:: облучения ICO и 2о0 гр наблюдается небольшое увеличение содержания рРНН. При дозах облучении 750 1000 гр обнаружено повшзнив деградации пояксоккьп: агрегатов в !л1тохондрля::.

Диализ бееклоа-ечной бепсксшпечнрующеИ систем митохондриЛ контрольные и обяучзш;ж проростков хлопчатника 1»ч \fií\7:- из» казач, что бесклетоннсл система синтеза белка вида бькаг-<зиЬл:Ы». более устойчива к радкатеоннш поврэггдониян» чем вида^. v.W'-sutuy.tb

^^таРгУДдр^&^Р^Ф^И^Щ?^^^^ загигх-'гавте;-! s дплькоЯ-asi! íioznamm aonoitymjrnw. шодтгдоя aapj-aeim генегтаокого парато, хлопчатника на субклеточном уровне при действии резличкых доз ион;:зиру»:цей радиации.

Апробация, работу. Основные результат диг.сортдцисжоП работы долонекы на екегодних конференция:: профессйрско-прэподааатвльеко-го состава ТавГ/.У С1994-1995 гг.) и на коя^рвнцки для иностранных аспирантов ИНЗН? НПО "Биолог" /Л РУз (ÍS95 г.), ч

SS^LféáSSi*' Диссертация состоит из »ведения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов и выводов. Работа изложена па 105 страницах машинописного текста, включая 9 рисунков и 10 таблиц. Список литератур?.! гтемпшшааг' наименования, в том числе иностранны:;,

ШТШШ1 И МЕТОД

В качеств« объекта исследований был выбран хлопчатник видай.kirsuétim 14. (ДЦ|Гсорт 103-®) и&. ЬагЬй-ЛепиЬШЬ* сорт С-6037), Cor,гена яладгатника получено из коляек~ иии УзНИИ селекции и сояоноподотва хлопчатника им. Г.С.З'?,йцэва УзАСХН.

Облучение седой. Воздушно-сухие семена сортов 106-^ и G-6037 предварительно оголяли серной кислотой и тщательно промывали проточной водой. После чего взвешивали семена каадого варианта опыта, помечали в специально-подготовленные пакетики для облучения. Облучение семян в дозах 100, 250, 500 и 1000 гр производили в гамма-установка в Институте ядерной физики АН РУз.

из двухдневных проростков хлопчатника в градиенте Cs CI - Hoechst проводили в соответствии с методическими рекомендациями, описанными в работе Одинцовой и др. С1970) и Юсупова Т.Ю. (1982,1992),

состав Д^К t-PHK определяли методом бумажной хроматографии по прописи В.Ф.Ванюшина (1964) и А.С.Спирина (1958).

в дек и РНК э изолированных митохондриях проводапи в системе, предложенной Константиновым Ю.М. и др. (1988),

проводили, согласно методики, использованной в работе Юсупова Т.Ю.' (J9825, и Хйэратова П.Р. (1990).

нпй характеристику проводили по Гуликовой О.М, (1976) и Спирина А. С". (1958), '

РЕоУЛЬТАТЦ ИССУЩ0В#ШЙ. Щ ИХ 0НЭДЩ1Е • - "

I. Всхожесть, прорастание семян и рос® в начальное фазы онтогенеза хлопчатника

Как известно, всхоаесть семян растений является одни« из важнейших показателей, характеризующих физиологическое состояние се-ыян. Она позволяет ¡шучдеть представление о действии различных факторов в самые ранние втапы онтогенеза. .

Так, в наших опытах о облучением семян сортов I08-i3 k^rsa-ЫмЬ.) и С-6037 Ь.) В Mj, всхожесть у обоих сор-

тов в норме 100 И 250 гр, в основном, незначительно увеличивается (табл. I). Наибольшее увеличение всхожести отмечено у сорта С-6037, но начиная о дозы 500 гр наблюдается постепенное понижение всхожести семян у обоих сортов.

Различия между исследованными сортами хлопчатника наблюдались в фазе появления первых настоящих листьев, Появление первых настоящих листьев у сорта С-6037 отстало на 2-3 дня, чем у сорта 108-й. Но оба опытные сорта, в основном, в росте отстают от конт-

т,-

0 ЛНЩ

Действие различных доз радааши ка всхо.т.ос-гь облутааясс семян к дальнейший рост растениЛ даух видов хлопчатника (сорта Ю8-§ и 0~6С37)

Сорт хлопчатника и доза облучения

О ьсхо;д:сти

7 даой : 15 дней :21 день послз : после ;послз попе сзва : посева :сзза

¿нергия прорастания

Г Рос? раотляй, с

; £0 дно'Л I 75 ; 1С0 дне.

(108-й)

Контроль £6 - - 13.71 15 ? 3 20,0 35.3

100-гр 75 о 8 4,19 10 г 8 14,0 'Ж ^^ о

250 гр 73 б 7 £ 0 9,0 10,0 19.7

500 гр 51 ■ 10 5 3,14 3,6 ч В 650

750 гр 40 8 о О "Я г —' 3;э 4,0 4;0

1000 гр 4 2 1.-52 3,0 б:0 11,3

(0-6037)

Контроль. . ■ 93 2 - 6//8 12,0 31,6

100 ¿>р 20 3 Т 4, СО 11,0 ' 11,5 22.7'

250 го ; 79 '4 3 4, СО 8;4 5,5 16,2

500 гр 43 б 2 2,'12 4:0 г:

750 гр рд 7 з • 2,33 4.0 д.,0 4,0

1СС0 рр 25 6 •"1 1СЬ5 ■ 2,5 - - 0 4 Г. 0

рольных.проростков.

Высота^проростков у обоих сортов, в основном, ниже, чем по сравнению с контрольными проростками за одинаковое время роста.

•2. Действие различных доз радиации на рост, , развитие и урожайность хлопчатника

Ряд авторов, изучая действие малых доз радиации на рост и развитие различных сельскохозяйственных ку-тьтур, установили,что действие ма'шх доз ионизирующих излучений на растительный, организм неодинаково. Еси по одному признаку они вызывают эффекты стимуляции у растений, то по другому показателю - обратный эф^ фект.

Так, в ншаих опытах мачые дозы радиации (100 гр) вызывали наиболее стимулируэдий эффект в росте и развитии растений у сорта С-6037 (б' bft.rbaden5£ L. ) по сравнению с сортом 108-Ф (6, W-Sutum Ь. ) (табл. 2)^Эта тенденция частично наблюдалась и в дозе 250 гр.

Таблица 2

Влияние различных доз радиации на урожайность двух видов хлопчатника (108-Ф Сп- ltj<rsu tur» Ь. и с-6037 út.bürbacíenseLi. )

Сопт хлопчатника i Высота !Количество :Количество ÍBec сырца

и лоза облсияний « расте- листьев, ¡плодоэле- ;одной коро-и доза оолучения . ний>см ! шт ¡ментов, шт [бочки, г

108-Ф

Контроль 70 4I+I 27+2 4,7

100 гр 76 38+2 26+2 5,3

250 гр 62 45+1 • 29¿I 4,9

500 гр 10 4±0 -

750 Гр - _ - _

1000 Гр 35 I3+I 3+0

С-6037

Контроль 79 46+1 . 23±1 3,3

100 гр 87 5Ь+Х 27+2 3,7

250 гр 70 4С+2 ' 24+1 3,6

500 гр •в

750 гр 8 ' 4+0 е.

1000 гр 8 4±Р - -

С повышением доз облучения, 'начиная уяе с 500 гр,у обоих сортов наблюдалось замедление роста и сильное отставание в развитии растений (табл. 2).

К цветению и плодоношению опытные растения приступили с большим отставанием от контрольных растений. Количество птодо-элементов у контрольных растений сорта 108-Ф ^Mrstxtüm L- ) и С-6037 составило ¿¡7 и 23, соответственно,

У облученных растений количество плодоэлементоа при дозе облучения 100, 250, 500, 750, 1000 гр составило соответственно 23:20:13:7:3 шт у сорта I08-Ö (й.fcrsUtumti и I7iI4;9:4:2 у сорта С-6037 bzrhzdeMe Ь-)

3. Влияние гамма-облучения на нуклеотидный состав /ДО митохондрий хлопчатника

Как следует из литературных данных, ионизирующая радиация сильно влияет, на нуклеотидный состав ДОК. Под алиянием радиации происходит количественное и качественное изменение азотных оснований нуклеиновых кислот высших растений» Однако данное явление не изучено на уровне генома цитопчааматицаских органоидов -хяоропластах и митохондрий имеющих собственные Д1К в беяоксин-тезируккщз системы, связи о этим, мы в денной работе Изучали ■ нуклеотидный состав штохондриальиой ДЩ хлопчатника под влиянием гадаа-облучения. Аналогичная работа по данной проблеме в мировой литература отсутствует,

Н&чи был использован мотод хроматографии азотистых оснований ДЩ{ на бумага п;:и определении содержания нуклеотидоз цато-хондриальней ДНК проростков хлопчатника, выращенных из облученных семян различными дозе.-.си гг1а:а-радиац1:н. Полученные данныэ представлены в таблица 3, Как видно из табличных данных нуклеотидный состав митохоидриалькой *$Ж под влиянием гамма-облучения меняется. Это более четко наблюдается по отношению тимина и адэ-нкна. У вида 6i- fli-rsu tUm h. (I0S-Ö) содержание адешшовых оснований увеличивается до 3,2 мол./i по сравнению о, контролем. Таюге наблюдается, что с увеличением дозы радгавии Постепенно увеличивается содержание адониновьк азотистых оснований ДНК.Сни-аается количестве тиминовкх оеновгкяй ДЖ и достигает при ЮООгр 3,7 мо.п.&. Табличные данныз танае подтверждает, что о уволичеви-

Нуклеотидный состав ¡.штохондриольноЯ ДШ проростков хлопчатника после гамма-облучения

Сорт хлопчатника и доза обду-чешш

Содержание елотистых осноьаний,мол.й(М±. ) А : Т ; Г : Ц : Г+Ц

(108-Ф)

Контроль 26,р£0,6 26,0+0,3 23,7+0,4 23,8+0,5 48,5

• 100 гр 26,7+0,4 26,0+0,6 23,9+0,3 23,8+0,2 47,7

250 гр 27,6+0,4 25,6+0,4 24,1+0,4 23,5+0,4 47,6

500 гр 2851+0,3 24,5+0,4 24,3+0,3 23,1+0,3 47,4

750 гр 29,2^0,5 23,7+0,2 24,9+0,5 22,2+0,3 47,1

1000 гр 29,7+0,3 ""•б ,1+0,5 21,9+Р,3 46,0

(С-6037)

Контроль 26,2+0,5 26,7^0,3 23$4+р,3 23,7+С,7 47,1

100 гр 26,4+0,2 26,5^0,4 23,4+.0,5 23,7+0,2 47,1

250 гр 26,9+0,3 25,0+0,3 23,6^0,4 23,5+0,4 47,1

500 гр 27,5+0,3 25,^0,2 23,9+0,5 23,1+0,3 47,0

750 гр 28,0+0,4'25.1+0,4 24,2+0,3 22,7+0,3 46,9'

1000 гр 29,2+0,3 23,0+0,3 25,7+0,6 22,1*0,6 47,8

ем дозы радиации содержание гудншовьк оснований увеличивается на 2,4 ко л.$ и при ¡этом, наблюдается небольшое снижение содержания цитозиновых оснований до 1,9 иоп.% по сравнению с контролем. -

У видй{г,.ЬауЬас|епз(Е^(с1б037) количество аденина при дозе облучения от 100 до 1000 гр увеличивается от 0,2 до 3,0 мол.$; при этом, содераание тиыина уменьшается от 0,2 до 3,7 1юл.% по сравнению с контроле«. При увеличении дозы облучения от 100 до 1000 гр количественное содержание гуанина увеличивается до 2,3 мол.#, тогда как содержание ^итозина уменьшается до 1,6 мол.'

Аналогичная закономерность наблюдалась Ибрагимовым А.П. (1969) при изучении влияния малых доз (1-6 кр> • гаша-облуче-

ния на нуклеотидный состав суммарных препаратов ДЖ хлопчатника.

Лна"из нуклеотидного состава митохондриальной ДНК методом бумажной хроматографии дает лишь представление о количественных изменениях нуклеотидов в структуре ДШ. С помощью этого метода невозможно изучить молекулярную гетерогенность Д]К. Возможно под действием ионизирующего излучения синтезируются разные классы ДНК, отличающиеся друг от друга по величина-молекулярной массы и конформашш. В последнее врет для изучения выше упомянутых свойств молекулы ДНК наиболее важным является метод ультрацентрифугирования в линейном градиенте плотности хлористого цезия. Поэтому, в следующем раздело мы остановимся на данных, полученных при изучении молекулярной гетерогенности ¿Щ.

4. Действие гамма-облучения на характер распределения митохондриальной ДОС в линейном градиенте плотности хлористого цезия

Применение метода равновесного ультрацентрифугирования препаратов ДНК в градиенте плотности хлористого цезия является одним из удобных способов вскрытия сатеэлитных компонентов ДОС,а такнз разделения ковосинтезированных молекул нуклеиновых кислот.

Данный метод мы использовали д^я изучения характера распределения митохондриальной ДНК, облученных гамма-радиацией проростков хлопчатника. Полученные результаты представлены на таблице 4.

Как видно из табличных данных, митохондрпальная ДОС проростков хлопчатника, выращенных из облученных семян в дозах 100 гр, проявляется идентичный характер распределения с мито-хоидриальноЗ ДНК у контрольных растений. При этом, имеет плавучую плотность 1,706 г/смэ. Ыитохондриалыгся ЩИ в опытах,облученная 250 и 500 гр кроме основных полос имеет по одной дополнительной полосе. Значение плавучих плотностей этих полос составляет 1,710 г/см3, что на 0,004 г/са3 сыиа, чзм соотвзтствуэ-щих величин плавучих плотностей нитохондриалыгаЯ. ДНИ у контрольных растений. Эта картина идентична у обоих нами изученных видов хлопчатника. При дозах 750 и 1000 гр у вида Gi-fúrsuiumb. (IOB-Ф) исчезают дополнительные полосы митохондриальной ДНК, имеющих плавучую плотность 1,710 г/см3. Наиболее гетерогенная

Плавучая плотность митохондриальной ДНК двух видов хлопчатника после гамма-облучения

Сорт хлопчатника и условия опыта

Плавучая плотность ¡Щ, г/см3 основной i минорной

(108-Ф)

Контроль 1,706 -

100 гр • 1,706 -

250 гр 1,706 1,710

500 гр 1,706 1,710

750 гр 1,706 -

1000 гр 1,707 -

(С-6037)

Контроль 1,706 -

100 гр 1,706 -

250 гр 1,706 1,710

500 гр 1,706 1,710

750 гр 1,706 1,692;

1000 гр 1,707 1,692;

1,710

популяция митохондриальной ДЖ сорта С-6037 была обнаружена в опытах при облучении 750 и 1000 гр. По-видимому, это связано с образованием большого количества двойных разрывов в структуре

да. <

В митохондриальной Д1К вида 6. b¿Lrbs.dthseU. (С-6037) после гамма-об"учения дозой 750 и 1000 гр обнаружены три минорных компонента (кроме основной полосы дНЮ, имеющих плавучую плотность 1,692$ 1,697 и 1,710 г/см3. Однако эти минорные компоненты ДОС составляет небольшое количество основного генетического материала митохондриального генома. Причина появления матш количеств минорных, компонентов ДЖ, имеххцих разные плавучие плотности и соответственно содержание (Г+Ц)-пар оснований, связано со сложностью механизмов репликации и репарации митохондпиа«ь-ной ДНК под влиянием ионизирующей радиации.

5. Изучение гомологичных последовательностей нуклеотидов в митохондриальной /ЩК хлопчатника после гамма-облучения

Одним из"основных вопросов молекулярной радиобиологии является изучение лучевого повреждения матрицы ДШ, которое в последующих процессах транскрипции и трансляции может привести к развитию лучевого патогенеза клетки»

Степень поражения генома после облучения может быть определена методами молекулярной гибридизации, для изучения радиационного повреждения структуры /Щ митохондрий хлопчатника мы использовали метод молекулярной-гибридизации (сс~^р) необлученной ткани с ДНК из проростков, облученных гамма-лучами в дозах 100, ¿¿50, 500, 750, 1000 гр. Результаты экспериментов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Гомология нукяеотидных последовательностей китохонд-риальной ДОК хлопчатника после гамма-облучения

мт ДШ на

фильтре

Относительная гомология, % 32Р - мт дак (Г08-Ф)i32p - Mí Д1К (G-6037)

(108-®)

Контроль 100 ¿ 1,5 -

100 гр 97,6 ¿ 1,2 -

250 гр 95,4 ¿ 1,3 ; -

500 гр 93,7 ± Ít9 . -

750 гр 85,4 ¿ 1,7 /

1000 гр 81,5 + 1,4

(С-6037)

Контроль - . 100 + 1.7

100 гр - 98,7 + 1,4

250 гр - 96,1 ± 1,5

600 гр - 88,5 ± 1,7

750 гр - 86,4 ¿ 1,5

1000 гр a» 84,7 t í,4

В качестве репарного образца ДОС мы использовали митохонд-риальную ДОК двух видов проростков хлопчатника, выращенных из

необлученных семян (<я,106-Ф; & ■ ЬагЬасЬии^у С-6037). При этом, процент гибридизации во всех случаях ниже нормы. Степень гомологии нуклеотидных последовательностей в митохондриальной ^ДК, облученных растений с реперными мтДЖ хлопчатника вида ^.¡[¿гзи^уп^- (108-^) уменьшается от 2,4 до 18,6$ в зависимости от дозы облучения. Этот параметр в митохондриальной ДДК хлопчатника у вида (л- ЬягЬс1с<1е/7зеЬ(С-6037) варьирует в области о^ 1,3 до 15,3%. Интересно отметить,что с увеличением дозы облучения снижается комп^ементарность митохондриальной ДНК между облученных и контрольных проростков хлопчатника.

Из табличных дашых таюхе можно наблюдать, что с увеличением дозы облучения уменьшается степень гомологачности ДНК. Эта корреляция наблюдается в структуре ыитохондриальноЯ ДШ у обоих нами изученных видов хлопчатника. Если сопоставить данные гибридизации мекду двумя видами, то можно увидеть,что вид хлопчатника &. Ъм~Ьа.с1е.)Не¿.более радиоустойчив по сравнению с видом С\.Ь-

6. Изменение физико-химических свойств и функциональной активности миторибосом хлопчатника под влиянием гамма-облучения

В данном разделе нами было изучено влияние гамма-облучения на некоторые структурно-функциональные характеристики миторибосом хлопчатника. Спзктрофотометрические параметры миторибосом представлены■на таблице 6. По содержанию РНК и белка в ыиторибосомах изученных-nai.ni видов хлопчатника существует обратная корреляционная зависимость."

Таблица 6

Характеристика препаратов миторибосом,выделенных из облученных и контрольных проростков хлопчатника

Сорт хлопчатника и доза облучения

250/280

РНК,Я

Белок,%

Соотношение £Шубзлок

(108-$)

Контроль 1,86 45,2 54,8 0,82

100 гр 1,85 46,1 53,9 . 0,85

250 гр 1,85 44,5 55,5 0,80

. 500 гр 1,82 44,0 56,0 0,78

Окончание таблицы б

i : : 2 ; ; з - 1 4 ; 5

750 гр 1,81 40,4 59,6 0,67

1000 гр 1,77 30,1 61,9 0,61

(С-6037)

Контроль 1,86 45,4 54,6 0,83

100 гр 1,86 46,2 53,8 0,85

250 гр 1,86 45,9 54,1 0,84

600 гр 1,82 44,1 55,9 0,78

. 750 гр 1,82 41,3 58,7 0,70

1000 гр 1,79 38,7 61,3 0,63

Известно, что при нарушении полисомности рибосом подавляется их функциональная активность. Эта закономерность наблюдается и в наших экспериментах (табл. 7).

Из табличных данных видно, что при добавлении к бесклеточ-ноЯ системе препарата рибосом имитохондриального сока, полученного из облученных проростков,- интенсивность включения смеси ^С-амкнокислот в белки значительно ниже, чем у систем,где эти компоненты были получены из контрольных проростков. Это ярко демонстрируется при дозах облучения от 250 до 1000 гр. У вида б </г? ¿Vi Л. (Ю8-Ф) включение смеси меченных аминокислот в белки при высоких.дозах облучения (1000 гр) подавляется до 62%, у вида (я- barb&c/en« L- (G-6037) до 59Й соответственно-по сравнении с контролем. Анализ табличных данных показывает, что бесклеточная система синтеза белка видаб.Ьа.уЬа.— dense¿(0-6037) более устойчива к радиационном повреждениям, чем вида Gi • ¡Liriu ta-нг- L. (Ю8-Ф). Эти результаты хорошо согласуются с данными ряда авторов, изучавших действие гамма-облучения на цитоплазматические белоксинтезирущиэ системы хлопчатника.

Чтобы выяснить долю участия миторибосом в биосинтезе белка,после облучения, использовали облученные и необлученныэ фракции препаратов рибосом для бесклеточного синтеза белка. Препараты миторибосом, выделенные из двухдневных контрольных

'лгнкшональная активность белоксинтезирующих систем, выделенных из облученных проростков хлопчатника, имп/мин/мг белка шторибосом

Сорт хлопчатника : Набор печенных (^С) :имп/мин/мг: ; белка ми-. ' %

и доза облучения аминокислот ¡торибосом :

(108-4) Алании,лизин,глицин, 3860 100

Контроль валин, метионин

100 гр и 3628 91

250 гр к 3203 81

500 гр н 2586 67

750 гр и 1737 45

1000 гр II 1466. 38

(С-6037)

Контроль 11 3874 ' 100

100 гр ft 3719 91

250 гр II 3370 85

500 гр II 2673 69

750 гр !t 2014 ' 52

1000 гр II 1588 41

проростков хлопчатника, предварительно облучали различными дозами гамма-лучей £100, 250, 500, 750 и 1000 гр), после чего проводили опыты по включений смеси ^-аминокислот в белки в бесклеточной системе синтеза белков. В инкубационную смесь вносили облученные рибосомы, а другие компоненты белоксинтезируга-щей системы были-не облученными. Результаты этих экспериментов представлены о таблице 8* ' . : '

При облучении миторибосом дозой 100 и 250 гр (in vitro } интенсивность включения аминокислот в'"белки бесклеточной системы у обоих изученных нами видов хлопчатника подавляется не-.значительно (табл. 8). Заметный подавляющий эффект наблюдается щш дозах 500, 750 и 1000 гр. Зти данные свидетельствуют о большой радиочувствительности шторибосом по сравнению с другими компонентами белоксинтезирующих систем. Диализ табличных

Таблица 8 активность

Действие гадаа-облучения на функциональную актив! рибосом проростков хлопчатника, иш/мин/?«г белка миторибосом

Сорт хлопчатника и доза облучения

Набор меченных аминокислот

/14Г\:Имп/мин/мг v ;белка миторибосом

%

(108-Ф) Алании,лизин»глицин, Контроль в алии» метионин 3869 100

100 гр " -3752 97

250 гр " 3636 ' 94

500 гр " 3482 90

*750 гр " 2979 77

1000 гр " 2514 .65

(C-G037)

Контроль " 3074 100

I0Ó гр . " ЗУ-У,- 97

250 гр " XG0 95

500 гр * ЗР25 ' 91

750 гр " 3176 82

1000 гр " 2711 70

данных показывает, что радиоустойчивость связана с видовыми и сортовыми качества:™ хлопчатника.

7. Действие гаша-об лучения на биосинтез и нуклеотидный состав рибосомальной РНК митохондрий хлопчатника

Одним из основных компонентов белоксинтезирующей системы является рРНК, Она участвует в образовании рибосомных частиц и содержит многие сигнальные последовательности, участвующие а реру.ляиии работы рибосомы» Используя *^С-урацил, мы изучали • биосинтез митохондриаяьных рРНК двух видов (Gi.fijrsui-uml' * 108-Ф;6t. bft\rbadcMS£ Ь.» С-6С37) как контрольных, так и облученных различными дозами гамма-лучей (100,250 r5Q0,750,1000 гр) двухдневных проростков хлопчатника. Полученные данные представлены в таблице 9.

Bis точение %-уридина в РНК рибосомальных фракций проростков хлопчатника, имп/мин/мг РНК миторибосом

Сорт хлопчатника и : Конт-фракция миторибосом: ро"ь

IOÜ гр

250 гр

500 гр

760 гр

ЮООгр

Ц06-Ф)

Свободные рибосомы '1675 5010 5327 5205 4842 3124 Мембраносвязанные

рибосомы,полисомы 12520 I29I5 II87Ó 10806 9964 7654 Микросош I02I0 I052I 9560 6554 7660 5680

' (С-6037)

Свободные рибосомы

Ме«бр ано связанные рибосомы,полисомы

Микросош

4640 5005 5321 5254 4910 3240

7B2I 5714 14,

12450 12660 II864 I074I 9387 I0I40 10360 9241 8270 7640

Как видно из табличных данных, суммарное включение i<iC-ypa-цила в различных фракциях миторибосом неодинаково. При дозе облучения 100, 250 и 500 гр включение метки во фракциях свободных рибосом увеличивается у обоих изученных нами видов хлопчатника. Начиная от 750 до 1000 гр уровень биосинтеза рРНК в свободных рибосомах резко снижается. При относительно низких дозах облучения (100 гр) включение метки на фракции меыбраносяязшшых рибосом и полисом, а таксе микросом несколько увеличивается. Начинал с дозы облучения от 250 до 1000 гр вшючениз метки во фракции меыбраносвязанних рибосом, полйсом и микросом резко снижается. Если сопоставить полученные данные, то мозаю увидеть, что свободные рибосомы митохондрий хлопчатника более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений, чем соответствующие фракции мембраносвязанных рибосом и полисом, а танке микросом.

Известно, что после облучения гамма-радааиией растений происходит ряд аномальных изменений в структуре рРНК, как в составе азотистых оснований, так и в молекулярной организации.

В связи с этим, кщ постози-и перед собо" задачу определения нуклеотидного состава рРНК митохондрий облученных различными до-

заь'н гегд.ч* лучей проростков хлопчатника. Получзиико результата представге::1* з таблице 10-

Таблица 10

Нуклеотидный состав рРНК митохондрий хлопчатника, вудо-^«знной из контрольных и облученных проростков, мол./6

Сорт хлопчатника и доза облучения

ц

(103-Ф)

Контроль КО гр 250 гр 500 гр 750 гр 1000 х«о

22,1+0,32 22,4+0,41 23,2+0,24 23,1+0,32 21,6^0,23 20,92.0,25

(С-6037)

Контроль 100 гр 250 гр 500 гр 750 гр ' 1000 гр

22,2+0,30 22,4+0,24 23,0+0,31 22,8+0,40 21,9+0,37 20,6+0,29

28,2+0,41 28,5+0,36 28,7ч.0,29 29,^0,27-20,4+0,40 31,0£0,35

28,2*0,42

23,8+0,24 23,6+0,29 ?2,7+0,25 22,0+0,32 21, ¿О,41 21,0+0,34

25,9+0,28 25,5+0,36 25,4+0,22 25,8+0,29 26,2+0,33 27,1+0,42

24,1+0,35 23,8+0,41 23,¿0,26 22,4+0,29 22,1+0,31 21,5+0,37

25,5+0,37 25,4+0,28 25,2+0,42 25,9+0,44 26, ¿0,36 28,1+0,27

23,4+0,32 23,7+0,34 28,9+0,23 29,2±0,21 29,8+0,31

Установлено, что под действием высоких доз гамма-облучения (750 и 1000 гр) в составе рРНК митохондрий обоих изученных нами видов хлопчатника происходит (хотя очень незначительно) уменьшение содержания .уридиновых и увеличение гуашлрвых нук»еотидов.

При относительно низких дозах облучения (100,250 и 500 гр) такого эффекта не наблюдается. Причиной уменьшения содержания уридиновых нуклеотидов в составе рРНК проростков хлопчатника под влиянием высоких доз гамма-облучения, по-видимому, является их наибольшая чувствительность к. различным видам излучения.

Получанные нами результаты доказывают, что уридиновыз нук-леотиды являются наиболее радиочувствительными и поэтому под действием ионизирующей радиации они претерпевают изменения в первую очередь.

.. ВЫВОДЫ

' I. Анализ всхожести, прорастания и роста облученных семян двух видов хлопчатника \Gi-&LrsvtumL 108-1»; Gi-ba^bademeb. . .. С-6037) показал,, что-при дозах 100 и 250 гр всхожесть семян .. обоих видов незначительно'увеличивается, начиная с дозы 500 гр ..'наблюдается постепенное понижение. Появление первых настоящих ;-. ' листьев у сорта С-6037 отстает на 2-3 дня, чем у сорта 108-Ф. - Высота проростков у обоих сортов ниже по сравнении с контрольными проростками.

2, Установлено,.что плодоношение и количество плодоэлемен-■ .', тов.в опытных вариантах значительно отстают от контрольных рас' .'' -'тений. . ••-;'-.

" 3. При определении нуклеотидного состава было установлено, что под влиянием рамка-облучения у ДЦК наблюдается увеличение содержания аденина и гуанина) вместе с тем, уменьшение количества тнмдаа к цитозина, а у рРНК увеличение содержания Гуа-ниновых и уменьшение количества уридиновых нукяеотидов, Обнаружена прямая и обратная корреляция иеяду дозой радиации и изменением содержания отдельных нуклеотидов ДНК и рРНК.

4. Изучен характер распределения митохондриальной ДОК облученных и контролЫшх проростков в линейном градиенте плотности хлористого цезия. 'Установлено, цта при дозах 100 гр штоконд-риальная ДОС проявляет идбн^цтгный характер распределения с ДОС контрольных растений. Лбгеохсндриальная ДОС, облученная 250 и 500 гр, кромэ оскош-шх полос, иыззт па одной дополнительной полоса с плавучий плотностью 1,710 г/с..!3. При дога:-: 750 и IOOOrp эти полосы исцззаат. Наиболее ратерогечпая популяция- мчтозсонд-. риальной' /ЦК вида й- bav-bat|s»iS?6. била <збнару.?.с-на в опахах при облучэши: 750 к 1000 гр. При атом, обнаружено три минорных компонента, имеющих плавучую плотность 1,692; 1,697 и 1,710 г/см3.

5. Изтодом молекулярной 'гибридизации иэучзнц гомологии нук-лоотнднш: последовательностей митохондриачьнсЯ /fill контрольных и облученных проростков хлопчатника. Обнарузшю, что облучение приводит К наруш&ний КОУЯПО,«еНТйрНОСИ! НуКяе05'яд0в V. штохонд-риапьной ДНК. Степень гомология нукпеотиднах послздователыюс-

в мито/.оцдрлольиоП облученных проростков, с репорными

мтД1К хлопчатииха у вида&-Ursatum L. уменьшается от 18,5 до-2,4$, а у BHAafi.bärbadeMJeijjaT 15,3 до 1,3^ в зависимости, от • дозы облучения. Установлено, что с увеличением дозы облучения ', уменьшается степень гомологичности

6. Определение содержания рРНК и бел?;а в миторибосомах показало, что начиная с дозы облучения .500 гр постепенно снижается количество рРНК, вместе с тем увеличивается содержание белка. При дозах облучения 100 и-250 гр наблюдается небольшое увеличение содержания рРНК.

7. Седиментапионныы анализом было установлено, что мито-рибосомы, выделенные из облученных и контрольных проростков хлопчатника,характеризуются одинаковыми значениями седиментации (77,45)в градиенте плотности сахарозы. Также обнаружено» что при дозах облучения 750 и 1000 гр количественно повышается деградация по-исомных агрегатов в митохондриях.

8. Анализ бесклеточной белоксинтезирующей системы митохондрий контрольных и облученных проростков хлопчатника \zityo показа«» что бесклетоЧная система белка видаб.ЬауЬА-demi Ь- более устойчива к радиационным повреждениям» чем йи-Да б». fU-csutuM L,

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Гамаль М,£.ль Мотабтеб и Мамдух А.Мохамед • "Физико-химические свойства митохондриагьной ДШ радиомутантов хлопчатника и их исходных форм"//Тошкзнт Давлат аграр университа-тининг "Тупрок унумдор"игини оширишнинг допзарб масалалари" илмий асар«ар туплами, Тошкент,1995.

2. Мамдух А.Мохамед» Гама*ь Ы*Эль Метабтеб "Сравнительное исследование биосинтеза митохойдриальных РНК хлопчатника Gt-Airsui^tn L. и &-ba.rbä.deHifiiB норма и инфицированных грибом V.cWttfteKAi "//Тошкент Давяат аграр университетининг "Тупрок унумдорлигини оширишнинг долзарб масалаларй" илмий асарлар туплами, Тошкент »1995.

3. Гамаль И.оль ¡,1етабтеб,А«ПЛМрагимов "Действие радиации на морфолого-бнохимические свойства хлопчатника"»//Хлопководства, 1"4, 1995г.

4, Маздуг Ä.&oxcifö^t Гаи-аль LI. Экь Кзтибтаб "Изучена» со-дорпгпкя кукгемюкг; кисло'1: г ггссхондрыяг sn^uKyosaiHir.'. гр:;-ÖoliV.d1'ДЬ соптив хлопчатника" //"Хяопкободоте':''-Таиконг, ¡; 4, J9?Cv

Гаыиа-нурланншнинг rjaa митохондрин-си геноыитшг структуравий Eft функционал характеристикасига таьсири.

Мазкур илмий ишда гузанияг икки тури o.nirsutua l.ios-k g.barbadense l.c-6037 навларини хар хыл нурлантиридганда радиантив нурлантиришнииг гуза нуклеин кислоталари структурасининг кайта тикланишм, миторибосом ва полисоыаларнинг функционал фаолиятига таьеири урганилди. Нурлантиришнинг хосилдордикк* таьсири, /Щ в» РНК таркибидаги айрим нуклео-тидларнинг узг&риши курсатилди. 2Ь0 ва ЬОО гр. иикдорда чигитни нурлантирилганда, г?за иитохоид-риясининг ДНК си таркибида 1,710 г/сн^ зячликдаги злеиент пайдо б^лиши ва у 7Ь0 ва 1000 гр иикдорда нурлацтирилгаида й?колиши аникланди.O'barbadenso L. турининг 7Ь0 вх 1000 гр микдорда нур-лантирилгбнда /1Щ популициясининг гетерогендик даражасшшнг юкори-лиги аникландн. Бунда зичлиги 1,692: 1,697 в» 1,710 r/cuJ булгаи учта ыинор компонента борлиги аникланди,

Молекуляр гибридицазия усули ерд&шща нурл&итириш иикдори-нинг оширилнши бнлан ДШ гоиологиясн длраяасшшнг пасайиаи курсатилди. ЬОО гр иикдорда нурлантпрюздан бошлаб рКК ыикдоринннг каиайиши ва аксинча оксил микдоршшнг оиишш лнинланди.

Чигитни - 7Ь0 Еа 1000 гр микдорда: нурл&нтирилганда ыитохонд-риянинг полисом агрегатларини деградадиясининг ошйии кузатилди. Нитохондрияншг хуиайрасиз оксил синтез килкш систе&асшш контроль ва нурлантирилган гуза чигити усшталарид* «нализ калииган-Дк, in-vitro хужайсиз оксил синтез килиш сисгеиасшинг G. barbadense LVC- 6037/ Да раДИ»КЦЙОН НурНИНГ ГаЬСМрнГ» G.j-hirsutum [уЛОЧ-Ф/ГЛ нИсбатан чидамлшшгк курсатилди.

effect of gamma — r £icl iaton o ri structure-funcution character a mitochoncir iai Erenom of o otto n

Firstly,the postradiational reductions in structure of nucleic acids and functional activity of mi toribosome and polysome in two cotton species by different doses of radiation are studied.Ascertained that,fruitaee and number of balls in exper irr.Gnai varieties are laeeine behind control plants considerably.Direct and indirect co_relations are found out botv/een radiation doses; and change in contants of separata nucleotides in DMA and Rr!A .PiJA of mitochondria radiated by 250 and 500 Gr.is having one a<liut|.on band except basic bands with buoyancy density ox 1 . ? lGn/cn3.By ciosec of 760 it00CGr these bandc are disappearing•

Host heterogenic population mitochondrial DHA in G.barbadcnso

sp.C-603 7 was found out in experiments vith radiation by

750: 1000 Gr . by this, three Minor components having buoyancy

density of 1 .092 i 1697andl. 710i.:/c»3. were ascertained .By noleculfu

hybridisational method, aacoratineci that with increase of

radiation dose,the degrea of'horaoloeicality of DMA is

docioasine.Starting-frori radia^ional dose 600Gr quantity of

rlbosoaal RiiA (rfin'A) is decreasing gradually, ami at the eama time

contents of protein is increasing, by;. radiational doses of

100i250Qr.sm.all lncreasmont of contontS'iof rRNA is found out .By

fuulational doses of 750ilQOOGr.found out that degradation of

- r

PQlyaonical aGcreetttoa in mitochondria is increasing.

Analysis of non_cellular protein synthesis system in Eil toohondr la of contiollod and irradiated cotton spruts In-viuo,shoved that non_cellular system of protein synthesis in Q.Wrbadanso sp.C-C03 7 is aoro stable to r.-vdiational damages than

C.lill sutut: EP-10S F.

Подплсайо в печать — Формат бумага 60x84'/». Буавга типегргфская № I. Печать «РОТАПРИНТ*. О Тврая ¡00 гм.

Заказ

Типография нздатгльсШ «Фай» ЛИ РУз. ТС0170. Ташкент, скад. а. Лбвулявсаа, 79.